Использование особенностей вынужденных и параметрических нелинейных колебаний для усовершенствования вибромашин

В «Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981;1985 годы и на период до 1990 года» «утвержденных ХХУ1 съездом КПСС, предусматривается дальнейшее повышение эффективности производства и качества выпускаемой продукции. В решении этих задач важная роль отводится созданию новых, а также модернизации существующих вибрационных машин и устройств, которые широко используются практически во всех отраслях народного хозяйства.

Богатые потенциальные возможности совершенствования вибромашин различного технологического назначения заключены в практическом использовании разнообразных свойств вынузвденных и параметрических нелинейных колебаний. В частности, повышения производительности и снижения энергопотребления виброоборудования во многих случаях можно добиться благодаря возбуждению нелинейных резонансных колебаний рабочего органав свою очередь повышение долговечности и надежности работы вибромашин может быть достигнуто на основе подавления нелинейных резонансных колебаний ряда ее элементов (ремней, рас тяжек, тросов и др.). Таким образом, вопросы возбуждения и подавления нелинейных колебаний представляют собой (в наиболее общем случае) два связанных аспекта задачи повышения эффективности вибромашин. Решению данной задачи применительно к некоторым типам серийных вибромашин (зарезонансные блочные виброплощадки для уплотнения бетонной смеси, вибраторы для поверхностного уплотнения бетонной смеси, виброустановки для сейсмического зондирования грунта) и посвящена диссертационная работа.

Результаты, полученные в диссертации, представляют собой часть научно-исследовательских разработок Рижского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института имени А. Я. Пельше как соисполнителя программы ГКНТ СССР по решению научно-технической проблемы 0.72.02″ Создать и освоить в производство вибрационные машины различного технологического назначения, обеспечивающие значительное повшение производительности труда, экономию материальных, энергетических и трудовых ресурсов и улучшение условий труда". Вышеизложенное и определяет актуальность работы.

Для исследования вынужденных и параметрических нелинейных колебаний в вибромашинах применяется специализированная АВМ прямых аналогий, разработанная в проблемной лаборатории динамики машин и механизмов РПИ при участии автора. Для проверки количественных и качественных результатов аналогового моделирования проводились физические эксперименты.

В работе получены следующие имеющие научную новизну результаты:

— доказана целесообразность использования субгармонических резонансных колебаний в вибромашинах технологического назначения для повышения эффективности их работы:

— обнаружены неизвестные ранее закономерности вынужденных и параметрических колебаний в нелинейных системах (эффект увода устойчивых в целом субгармонических колебаний, эффект вибрационной стабилизации параметрически неустойчивой нелинейной системы, особенности нелинейных поперечных колебаний гибких элементов при кинематическом и параметрическом возбуждении);

— предложен ряд новых конструктивных решений по использованию в вибромашинах выявленных закономерностей вынужденных и параметрических нелинейных колебанийсоответствующие устройства и способы защищены шестью авторскими свидетельствами.

На защиту выносятся рекомендации по модернизации серийных вибромашин за счет их перенастройки на субгармонический резонансный резким, способы подавления нелинейных поперечных колебаний гибких элементов и идентификации их диссипативных характеристик, неизвестные ранее закономерности вынудаенных и параметрических колебаний в нелинейных системах.

Практическая ценность работы заключается в том, что результаты выполненных в ней исследований доведены до конкретных инженерных рекомендаций по модернизации серийных вибромашин для уплотнения бетонной смеси, а также могут быть использованы в качестве исходных данных для расчета и проектирования новых виброустановок с улучшенными функциональными и эксплуатационными показателями.

Предложен новый асимметричный субгармонический технологический режим виброуплотнения бетонной смеси. Теоретически и экспериментально показано, что реализация этого режима в серийных блочных виброплощадках обеспечивает повышение прочностных характеристик получаемых железобетонных изделий, снижение расхода цемента, повышение долговечности подшипников привода, уменьшение энергоемкости оборудования. Внедрение предложенных разработок в тресте -*" Балтмор-гидрострой" и на объединении Калининградрыбпром принесло суммарный годовой экономический эффект в размере 13,23 тыс.рублей.

Разработаны практические рекомендации по повышению долговечности гибких элементов (растяжек) в виброустановке для сейсмического зондирования грунтов. Рекомендации использованы в ОКБ прикладной геофизики СОАН СССР. Предложенные способы подавления параметрических колебаний гибкого элемента, идентификации его диссипа-тивных характеристик применимы при проектировании и других типов машин, в конструкцию которых включены гибкие элементы (ременные и. цепные передачи приводов машин, лентопротяжные механизмы магнитофонов и др.).

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и приложений.

Основные результаты выполненных исследований состоят в следующем:

1. Обнаружены неизвестные ранее закономерности вынужденных и параметрических колебаний в нелинейных системах: а) эффект увода устойчивых в целом субгармонических колебанийб) эффект стабилизации параметрически неустойчивой нелинейной системы с помощью внешнего дополнительного вибрационного воздействияв) возможность существования нелинейных параметрических колебаний гибкого элемента по < 5 — <)-й и (5 + 1)—й формам в частотном интервале параметрического возбужденияй формыпоказано, что на низших параметрических резонансах растягивающие напряжение в гибком элементе возрастают с ростом номера формы поперечных колебаний .

2. Предложен новый асимметричный субгармонический режим виброуплотнения бетонной смеси, реализация которого обеспечивает повышение прочностных характеристик получаемых железобетонных изделий и снижение расхода цемента.

3. Разработаны рекомендации по модернизации серийных блочных виброплощадок для уплотнения бетонной смеси путем их перенастройки на субгармонический режим работы за счет дополнительной установки в виброблоках односторонних упругих ограничителей хода. Показано, что осуществление предлагаемой модернизации, помимо улучшения качества готового изделия, способствует повышению долговечности подшипников инерционного привода и снижению энергоёмкости оборудования.

4. Предложена программа запуска синтезированной субгармонической виброплощадки (закон изменения частоты и амплитуды возбуждения в ходе запуска) на найденный оптимальный асимметричный субгармонический режим виброуплотнения.

5. Обоснована возможность интенсификации субгармонического режима движения виброплощадки и повышения его запаса устойчивости с помощью дополнительных параметрических воздействий.

6. Разработаны субгармонические вибромашины с улучшенными техническими характеристиками, предназначенные для поверхностного уплотнения бетонной смеси и вибрационной очистки резервуаров.

7. Разработаны практические рекомендации по повышению долговечности растяжек в виброустановке для сейсмического зондирования грунтовопределены спектральные разложения возникающих в растяжке напряжений, необходимые для её уточненного расчёта на-усталостную прочность при резонансных поличастотных поперечных колебаниях.

8. Предложен признанный изобретением способ подавления нелинейных параметрических колебаний гибкого элемента внешним дополнительным вибрационным воздействием и разработаны исходные данные для проектирования устройств, реализующих этот способ.

9. Разработан и защищен авторским свидетельством параметрический способ определения характеристики внутреннего трения в гибком элементе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.